中國科學家研發了一種新的模擬火星大氣環境的數值模型，為未來火星采樣返回任務提供科研支持。

這項研究于近日在中國《科學通報》雜志上發表。研究根據國務院新聞辦公室發布的《2021中國的航天》白皮書表示，中國將完成火星采樣返回的目標。

為了提供航天器著陸的氣象條件信息，中國科學院大氣物理研究所的科學家們設計并構建了新一代火星大氣模式（簡稱GoMars）。

他們使用該模式模擬了火星大氣環境中沙塵、水和二氧化碳三個關鍵氣象元素的循環，并根據“天問一號”火星車“祝融號”和美國“維京1號”、“維京2號”火星探測器的觀測結果，以及國際火星大氣全球數據集，對模式進行了性能驗證。

結果表明，GoMars成功再現了“祝融號”和兩個“維京號”記錄的火星大氣獨特的地表氣壓。此外，該模式對火星地表溫度、緯向風、極地冰和沙塵也具有較好的模擬效果。

不同于地球，火星大氣低壓低溫，水汽極少，沙塵變幻莫測。隨著人類火星探測任務愈加復雜，科學家對火星天氣預報的需求也更加迫切。研究團隊表示，他們將進一步研究火星上的沙塵暴等天氣過程，為未來的火星探測、載人登陸和資源開發等提供可能的科研支持。

中國首個火星探測器“天問一號”于2020年7月23日發射升空，于2021年5月15日著陸火星烏托邦平原。隨后，“祝融號”火星車駛離著陸平臺，到達火星表面，開始對這顆紅色星球進行巡視探測。

2021年6月11日，國家航天局公布了由祝融號火星車拍攝的著陸點全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。新華社發（國家航天局供圖）

論文的通訊作者王斌說，與“天問一號”任務相比，火星采樣返回任務包括著陸、采集樣本和返回等目標，需要有關火星大氣條件更精細化的信息。

王斌告訴記者，在火星，沙循環的重要性相當于地球的水循環。從探測任務來說，沙塵過程對登陸火星有很大的影響。因此，沙塵過程一直是火星大氣研究領域的熱點之一，也是模式模擬的難點。

在沙塵活動期間，火星大氣邊界層內的溫度、氣壓、風場等均會發生快速變化，由此對火星探測器的著陸、離飛、通訊、能源供給和儀器工作等方面產生顯著影響。

據國家航天局消息，“祝融號”火星車在2022年5月18日轉入休眠模式。王斌說，使用火星大氣模式模擬“祝融號”休眠前后的沙塵活動，可為其休眠原因分析提供數據支撐。

2022年元旦，國家航天局發布我國首次火星探測任務天問一號探測器從遙遠火星傳回的一組精美圖像，向全國人民報告平安。這是環繞器與火星合影。新華社發（國家航天局供圖）

“火星的觀測資料遠比地球稀少?！蓖醣笳f。利用火星大氣模式的模擬數據，可以構建一個虛擬的“數字火星試驗平臺”，為著陸區選擇、火星車設計中的大氣環境工程約束提供數據支撐。

“例如，GoMars可以模擬火星車著陸區的溫度，而科學家可以利用這些數據來設計適合建造火星探測器的材料，從而應對火星上的極端寒冷環境。”王斌說。